6. Tiến độ thực hiện
3.1.2. Cơ sở tính toán lý thuyết cho hình dạng điện cực tối ưu
Chúng ta giả sử rằng dòng trong LED thì đồng nhất với mật độ dòng J. Khi J là mật độ dòng và Vactivelà điện thế trong lớp kích hoạt ( active) thì điện thế áp từ đầu đến cuối chu trình A, VroadA, trong hình 3 (a) có thế viết lại:
HVTH: Nguyễn Thanh Phong Trang 41
Vroad A= J.(ρ p-electrode .t p-electrode + ρ p .t p + ρ n- electrode .t n -electrode + ρ n .t n ) +Va
Hình 3.1. Mô hình đường đi của dòng điện từ điện cực này đến điện cực kia theo 2 giả thuyết Rooad A và road B.
Trong đó:
J : là mật độ dòng đồng nhất trong cấu trúc LED (A/m2)
ρp-electrode : là điện trở suất của điện cực p
t p-electrode: là độ dày của điện cực p
ρ p: là điện trở suất của lớp p-GaN t p: là độ dày của lớp p-GaN
ρ n- electrode :là điện trở suất của điện cực n
t n -electrode : là độ dày của điện cực n
ρ n:là điện trở suất của lớp n-GaN t n: là độ dày của lớp n-GaN
Va : là hiệu điện thế tại lớp active
Tương tự, hiệu điện thế tại 2 đầu đường B được tính bằng mô hình:
Vroad B= J.(ρ p-electrode .t p-electrode + ρ p .t p + ρ n- electrode .t n -electrode + ρ n .l) +Va
Trong đó Llà quảng đường phương ngang trong lớp n-GaN mà dòng điện di chuyển P-GaN Lớp active N-GaN Road A Road B L
HVTH: Nguyễn Thanh Phong Trang 42
Vì điện thế tại 2 đầu điện cực của cả A và B là bằng nhau
Vroad A= Vroad B
Suy ra:
J. ρ n (t n -L) = 0
Hay J. ρ n (t n -L) = hằng số.
Vì L >> tn nên phương trình (*) cho thấy mật độ dòng trong LED chủ yếu phụ thuộc vào các thông số của lớp nGaN tức ρ n . Lý do là bởi độ linh động của các điện tử trong n GaN lớn hơn rất nhiều, khoảng 50 lần độ linh động của lỗ trống trong p- GaN nên mật độ dòng sẽ chủ yếu được đóng góp bởi các electrong hơn là các lỗ trống. Từ phương trình (*) ta thấy rằng có thể điều chỉnh dòng điện trong LED bằng cách giảm điện trở suất của n-GaN hoặc giảm L lần.
Để giảm điện trở suất ρ n , ta phải tăng nồng độ doping trong n-GaN. Nhưng phương pháp này có một nhược điểm là nồng độ doping trong GaN chỉ có thể điều chỉnh trong một giới hạn nhất định. Vì khi pha tạp quá nhiều sẽ làm hỏng cấu trúc mạng tinh thể của GaN. Như vậy, cách tốt nhất là giảm thông số L.
Hình 2 cho thấy cấu trúc điện cực trong mô hình LED khi giảm thông số L.
Hình 3.2. Mô hình đường đi của dòng điện từ điện cực này đến điện cực kia theo giả thuyết đường nhắn nhất.